الترشيح غير المتناحي

في مجال رسومات الحاسوب ثلاثية الأبعاد ، يُعدّ الترشيح المتباين الخواص ( AF ) ^{[ 1 ] [ 2 ]} تقنيةً تُحسّن مظهر الأنسجة ، لا سيما على الأسطح التي تُرى بزوايا حادة . فهو يُساعد على جعل الأنسجة تبدو أكثر وضوحًا وتفصيلًا من خلال تقليل التشويش والتداخل الذي قد يحدث عندما تكون الأسطح مائلةً بعيدًا عن المُشاهد.  ويعمل الترشيح المتباين الخواص بتطبيق كميات مختلفة من الترشيح في اتجاهات مختلفة، على عكس الطرق الأبسط مثل الترشيح ثنائي الخطوط والترشيح ثلاثي الخطوط التي تُرشّح بالتساوي في جميع الاتجاهات. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

على الرغم من أنها تتطلب قوة معالجة أكبر من هذه الطرق الأبسط، إلا أن الترشيح المتباين أصبح ميزة قياسية في معظم بطاقات الرسومات في أواخر التسعينيات ^{[ 5 ]} ويستخدم الآن بشكل شائع في الألعاب وتطبيقات ثلاثية الأبعاد أخرى، وغالبًا مع إعدادات قابلة للتعديل من قبل المستخدم.

تعمل تقنية الترشيح المتباين الخواص على تحسين وضوح الملمس، مما يُقلل من التشويش الناتج عن تقنية رسم الخرائط المتداخلة (mipmapping) ، وهي تقنية شائعة لتنعيم الحواف . ولذلك، يمكن القول إن الترشيح المتباين الخواص يحافظ على تفاصيل الملمس الواضحة في جميع اتجاهات العرض، مع توفير ترشيح سريع لتنعيم الحواف .

في تقنية رسم الخرائط المتساوية الخواص التقليدية ، يؤدي تصغير حجم كل مستوى إلى خفض الدقة إلى النصف على كل محور في آنٍ واحد. ونتيجةً لذلك، عند عرض مستوى أفقي بزاوية مائلة بالنسبة للكاميرا، لن يوفر التصغير دقة أفقية كافية بسبب انخفاض تردد الصورة على المحور الرأسي. أي أنه عند أخذ عينات لتجنب التشويه على محور عالي التردد، سيتم تقليل دقة محاور النسيج الأخرى بشكل مماثل، وبالتالي قد تصبح ضبابية.

باستخدام ترشيح ميب ماب غير المتناحي، لا يتم فقط تقليل دقة نسيج بحجم 256 × 256 بكسل إلى 128 × 128 بكسل، بل أيضًا إلى دقة أخرى غير مربعة، مثل 256 × 128 بكسل و32 × 128 بكسل. يمكن فحص هذه الصور المُقلّصة غير المتناحي عندما يختلف تردد الصورة المُطبّقة على كل محور من محاور النسيج. عندئذٍ، لا يتأثر أحد المحاور بتردد الشاشة لمحور آخر، ويتم تجنب التشويه.

بسبب قيود محاذاة المحاور المرتبطة بتقنية Mipmapping، تُعتبر هذه التقنية غير مثالية للترشيح المتباين الخواص الحقيقي، وقد استُخدمت هنا لأغراض توضيحية فقط. تدعم طرق الترشيح المتباين الخواص الأكثر عمومية مجسات متباينة الخواص لا تكون بالضرورة محاذية للمحاور في فضاء النسيج ، مما يسمح بالتباين القطري.

يمكن تطبيق درجات أو نسب مختلفة من الترشيح المتباين أثناء عملية العرض. تشير هذه الدرجة إلى أقصى نسبة تباين يدعمها الترشيح. على سبيل المثال، سيستمر الترشيح المتباين بنسبة 4:1 (يُنطق "4 إلى 1") في تحسين وضوح الأنسجة المائلة بشكل أكبر من النطاق الذي يُحسّنه الترشيح بنسبة 2:1. ^{[ 6 ]}

عمليًا، يعني هذا أنه في حالات التكسية المائلة بشدة، سيكون مرشح 4:1 أكثر وضوحًا بمرتين من مرشح 2:1 (سيعرض ترددات ضعف ترددات مرشح 2:1). مع ذلك، لن يحتاج معظم المشهد إلى مرشح 4:1؛ فقط البكسلات الأكثر ميلًا، وعادةً ما تكون الأبعد، هي التي ستحتاج إلى ترشيح أكثر وضوحًا. هذا يعني أنه مع استمرار مضاعفة درجة الترشيح غير المتناحي، تتضاءل الفائدة من حيث الجودة المرئية مع انخفاض عدد البكسلات المتأثرة، وتصبح النتائج أقل وضوحًا للمشاهد؛ فقط عدد قليل نسبيًا من البكسلات شديدة الميل، ومعظمها على أشكال هندسية أبعد، ستعرض نسيجًا أكثر وضوحًا في المشهد مع درجة الترشيح غير المتناحي الأعلى. كما يقل تأثير ذلك على الأداء لأن عددًا أقل من البكسلات يتطلب جلب البيانات ذات التباين الأكبر.

تفرض تطبيقات معالجة الرسومات الحالية حدًا أقصى لهذه النسبة نظرًا لتعقيد الأجهزة الإضافي وتناقص العائدات المذكور آنفًا. ^{[ 7 ]} ويمكن للتطبيقات والمستخدمين تعديل هذه النسبة من خلال إعدادات برامج التشغيل والبرامج حتى الوصول إلى الحد الأقصى.

يقوم الترشيح المتباين الخواص الحقيقي بفحص النسيج بشكل متباين الخواص أثناء التشغيل على أساس كل بكسل لأي اتجاه من اتجاهات التباين الخواص.

في أجهزة معالجة الرسومات، عند أخذ عينات من النسيج بشكل غير متناحٍ، تُؤخذ عادةً عدة عينات ( عينات بكسل ) من النسيج حول النقطة المركزية على نمط عينة مُسقط وفقًا للشكل المُسقط للنسيج عند تلك البكسل. ^{[ 8 ]} وقد استخدمت طرق برمجية سابقة جداول المساحة المُجمّعة . ^{[ 9 ]}

غالبًا ما تكون كل عملية ترشيح غير متناحية بحد ذاتها عينة مُرشّحة من خريطة MIP، مما يزيد من عدد العينات المطلوبة. قد تتطلب ست عشرة عينة ثلاثية الخطوط غير متناحية 128 عينة من النسيج المخزن، حيث يحتاج ترشيح خريطة MIP ثلاثي الخطوط إلى أخذ أربع عينات لكل من خريطتي MIP، ثم يتطلب أخذ العينات غير المتناحية (بمعدل 16 نقرة) أخذ ست عشرة من هذه العينات الثلاثية الخطوط المُرشّحة.

مع ذلك، لا يُشترط هذا المستوى من تعقيد عملية التصفية في جميع الأوقات. توجد طرق شائعة متاحة لتقليل حجم العمل الذي يتعين على أجهزة معالجة الفيديو القيام به.

تُعدّ طريقة الترشيح غير المتناحي الأكثر شيوعًا في أجهزة معالجة الرسومات هي تركيب قيم البكسل المُرشّحة من سطر واحد فقط من عينات خريطة MIP. وبشكل عام، تُعرف طريقة بناء نتيجة مرشح النسيج من خلال عمليات مسح متعددة تملأ عينة بكسل مُسقطة في فضاء النسيج باسم "تجميع البصمة"، حتى وإن اختلفت تفاصيل التنفيذ. ^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]}

قد يؤدي عدد العينات المطلوب إلى جعل الترشيح غير المتناحي كثيف النطاق الترددي للغاية . يُعد استخدام نسيجات متعددة أمرًا شائعًا؛ إذ قد يبلغ حجم كل عينة نسيج أربعة بايتات أو أكثر، وبالتالي قد تتطلب كل بكسل غير متناحي 512 بايت من ذاكرة النسيج، على الرغم من أن ضغط النسيج يُستخدم عادةً لتقليل هذا الحجم.

يمكن لجهاز عرض الفيديو أن يحتوي بسهولة على أكثر من مليوني بكسل، وغالبًا ما تتجاوز معدلات الإطارات المطلوبة للتطبيقات 60 إطارًا في الثانية. ونتيجة لذلك، قد يزداد عرض نطاق ذاكرة النسيج المطلوب إلى قيم كبيرة. ولا يُعدّ نطاق عرض نطاق خط الأنابيب الذي يصل إلى مئات الجيجابايت في الثانية لعمليات عرض النسيج أمرًا غير مألوف عند استخدام عمليات الترشيح غير المتناحي. ^{[ 13 ]}

لحسن الحظ، هناك عدة عوامل تخفف من حدة المشكلة لصالح الأداء الأفضل:

• تتشارك المجسات نفسها عينات النسيج المخزنة مؤقتًا ، سواء بين البكسلات أو داخل البكسل الواحد. ^{[ 14 ]}
• حتى مع استخدام الترشيح المتباين الخواص ذي 16 نقطة، لا تكون جميع النقاط الـ 16 مطلوبة دائمًا لأن تعبئة البكسلات البعيدة والمائلة بشدة هي فقط التي تميل إلى أن تكون متباينة الخواص بشدة. ^{[ 6 ]}
• يميل ملء البكسل غير المتجانس للغاية إلى تغطية مناطق صغيرة من الشاشة (أي بشكل عام أقل من 10٪) ^{[ 6 ]}
• لا تتطلب مرشحات تكبير النسيج (كقاعدة عامة) أي ترشيح غير متجانس.

• مرشح مضاد للتشويش
• قطعة أثرية رقمية
• ضباب المسافة
• مسافة الرسم
• مستوى التفاصيل (LOD)
• خريطة Mipmap

• الحقيقة المجردة حول الترشيح غير المتجانس (2002-09-26)
• إعادة رسم الخرائط